公路橋梁車輛荷載及可靠度研究.pdf

1、車輛荷載作為公路橋梁的基本可變荷載,在公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中起著非常重要的作用。公路橋梁上車輛荷載的一個重要特點是,車輛種類繁多,在各車道上的位置不確定,使得車輛荷載效應(yīng)呈現(xiàn)非常大的隨機性,因此,必須采用統(tǒng)計方法進行分析和研究。我國現(xiàn)行公路橋梁荷載規(guī)范的車輛荷載是根據(jù)上世紀90年代初的實測結(jié)果,經(jīng)統(tǒng)計分析確定的;近年來,隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,公路交通流特性發(fā)生了顯著變化,特別是因超載現(xiàn)象頻現(xiàn)、橋梁垮塌事件頻繁發(fā)生,引起人們對現(xiàn)行規(guī)范車輛荷

2、載標準適用性的關(guān)注。另外,我國公路橋梁結(jié)構(gòu)自上世紀90年代開始采用了基于可靠度的設(shè)計方法,使得橋梁設(shè)計的科學(xué)性得到很大提高,但在很多方面還不是很完善。為此,本文從公路橋梁車輛荷載概率模型、荷載分項系數(shù)、多車道荷載橫向折減系數(shù)及中小跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁可靠性評估和大跨徑橋梁可靠度分析等方面進行了研究。主要內(nèi)容如下:
　　(1)基于我國23個省區(qū)69個路段的所有實測車輛荷載數(shù)據(jù),分別對非治超、計重收費和治超地區(qū)快車道、中間車道和慢車道

3、的車輛組成類型、車輛總重、車輛到達時間、車輛軸間距及軸重比例進行統(tǒng)計分析,建立了符合我國現(xiàn)狀的車輛荷載概率分布模型。
　　(2)針對不同跨徑橋梁對車輛荷載變化敏感性不同的特點,基于本文提出的車輛荷載概率模型,將產(chǎn)生的隨機車流施加于單車道預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁板橋上,計算主梁的彎矩和剪力,按照相同超越概率的原則,分析得到橋梁車輛荷載效應(yīng)標準值的跨徑影響系數(shù)。研究表明,在不同跨徑橋梁結(jié)構(gòu)可靠指標一致的前提下,橋梁跨徑越小,要求的分項系數(shù)越

4、大;在此基礎(chǔ)上提出考慮橋梁跨徑的車輛荷載分項系數(shù)計算公式。
　　(3)由于多車道橋梁上同時布滿車輛及同時出現(xiàn)較多重車的可能性很小,為使不同數(shù)量車道橋梁的可靠度取得一致,設(shè)計中應(yīng)對規(guī)范中的車道荷載標準值進行折減。利用本文提出的車輛荷載概率模型產(chǎn)生隨機車流,并加載在多車道預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T形梁板橋結(jié)構(gòu)上,計算同一保證率下不同車道T梁橋縱梁的荷載效應(yīng),得到多車道橫向折減系數(shù),即二、三、四和五車道T梁橋的多車道荷載橫向折減系數(shù)分別為1.0

5、0、0.75、0.65和0.55。分析表明,按本文方法得到的多車道荷載橫向折減系數(shù)進行設(shè)計,多車道橋梁構(gòu)件的可靠指標是一致的。
　　(4)基于本文提出的車輛荷載概率模型,計算了中華人民共和國交通部《橋梁上部結(jié)構(gòu)通用圖》中預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋和T梁橋的車輛荷載效應(yīng),給出車輛荷載效應(yīng)的截口概率分布和設(shè)計基準期內(nèi)最大值的概率分布,在此基礎(chǔ)上對非治超地區(qū)、計重收費地區(qū)和治超地區(qū)橋梁的可靠度進行了分析。分析表明,在當前車輛荷載下,按《橋

6、梁上部結(jié)構(gòu)通用圖》設(shè)計的橋梁上部結(jié)構(gòu)抗彎和抗剪可靠指標均不滿足《公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》(GB/T50283-1999)規(guī)定的目標可靠指標要求,其中非治超地區(qū)可靠指標最小,治超地區(qū)最大,計重收費地區(qū)介于兩者之間。
　　(5)基于本文提出的車輛荷載概率模型,以某鋼桁架橋梁為分析對象,計算了鋼桁架橋梁桿件的應(yīng)力歷程;基于雨流計數(shù)法和線性損傷累計準則,得到桁架桿件細節(jié)的疲勞應(yīng)力譜和概率模型,在此基礎(chǔ)上對當前荷載下鋼桁架桿件細節(jié)進

7、行疲勞可靠度分析。結(jié)果表明,疲勞應(yīng)力譜可用指數(shù)分布描述;車輛荷載作用下所分析鋼桁架桿件細節(jié)的疲勞可靠指標為3.612～7.789。
　　(6)基于本文提出的車輛荷載概率模型,以蘇通大橋為分析對象,建立了大跨度斜拉橋拉索索應(yīng)力的概率模型;基于隨機過程的跨閾理論,得到設(shè)計基準期內(nèi)車輛荷載效應(yīng)最大值的概率模型,在此基礎(chǔ)上對斜拉橋拉索的可靠度進行分析。分析表明,大跨度斜拉索的索應(yīng)力可用高斯隨機過程描述;車輛荷載作用下蘇通大橋斜拉索的可靠指